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优化冷却系统中的自控系统(下)
  • 组级控制,顾名思义,就是一组相同类型(或来自相同供应商)的制冷设备用相同的控制方式进行控制。比如一组CRAC或CRAH、一组冷水机组、一组冷却塔或一组水泵。组级控制比设备级控制更先进

    组级控制,顾名思义,就是一组相同类型(或来自相同供应商)的制冷设备用相同的控制方式进行控制。比如一组CRAC或CRAH、一组冷水机组、一组冷却塔或一组水泵。组级控制比设备级控制更先进,而且可以应用于数据中心或摆放冷水机组的地方。组级别控制可以定制,以支持各种供应商的设备,但可能会遇到非标准配置中的问题。
      
      优点:
      
      与设备级控制相比,组级控制具有以下优点:
      
      •同一组中的冷却装置进行协调,以避免需求冲击,这可以节省能源,特别是对于使用离散加湿器和加热器的CRAC。•
      
      •加强数据中心制冷的可靠性,以应对任何制冷单元出现故障。如果单个单元出现故障,在冗余冷却单元处于“待机”状态下,控制系统在冷却单元出现故障时将“唤醒”。或者如果所有单元都在启动,包括冗余单元,则CRAH或CRAC风扇将自动启动以提供更多的冷却能力,请注意,如果单元具有VFD组件,则同时运行所有单元更有效。由于能量消耗与轴速度之间的立方关系,所有以较低速度运行的单元都可以减少与关闭冗余单元相比的能量损失。
      
      图2展示的是具有变频风扇,使用行距为600毫米的CRAH的节能的实例。风扇转速会由于对制冷单元制冷需求的响应而降低,通过将IT气流需求与有效的组级制冷控制相匹配,功耗将随着风扇转速的降低而降低。这样可以在数据中心的使用周期内节约大量能源。当然,由于机房、制冷单元冗余的设计及数据中心使用周期内IT负载百分比的不同,所以节省的能源也会有所不同。
      
      图2
      
      一些制冷设备(相同类型及相同供应商)的设计可以通过将其连在一起并改变设置来支持组级控制,没有额外费用。但是,对于不同类型或来自不同供应商的制冷设备而言,必须有定制的配置。
      
      组级控制的局限性
      
      组级别控制的总体局限性在于它只控制相同厂商的设备(例如CRAH或冷却器或泵等)和设备。组级别控制改善了类似设备组中的整体通信,但不支持不同设备类型的组之间的整体系统优化。例如,对于冷冻水系统,由于CRAH,泵和冷却器之间没有直接的联系,组级控制不足以充分优化系统效率。因此,运维人员手动更改这些设备中的设置,以最大限度地减少整体冷却系统的能源,这是非常困难的。
      
      具有风冷DX系统的数据中心,由于室内和室外的制冷单元设计为一个系统一起运行,所以组级控制足以实现高效的冷却系统。要注意,通常要求制冷设备必须具有相同的类型和来自相同的供应商。
      
      采用组级控制的实例
      
      图3展示的是具有压力控制系统的遏制通道的实例。这就是组级控制。压差控制是传统的△T控制的一种替代方式。压差更精确而且对负载变化反应更快。它可以监测遏制通道内外的压力,并改善制冷单元和IT设备之间的气流平衡。该方法可以防止制冷设备冷却,同时通过积极应对压力变化实现节能及提高可用性。
      
      Delta-pressure controllogic:
      
      ①Pressure changes inside contained aisle
      
      ②Active Flow Control senses pressure changes.
      
      ③Active Flow Control adjusts cooling fans to balance with the IT airflow
      
      ②Active Response Controls ensure IT equipment is kept at the properte mperature
      
      △压力差控制原理:
      
      ①通道内压力变化
      
      ②主动流量控制检测压力变化。
      
      ③主动流量控制可调节冷却风扇,以平衡IT气流
      
      ④主动响应控制确保IT设备保持在适当的温度
      
      组级控制的另一个实例是在采用水冷方式制冷的机房对一组冷水机组、一组水泵(冷却水和冷冻水)及一组冷却塔的控制。直接数字控制(DDC)通常用于控制冷水机组、水泵及冷却塔的运行。DDC依次控制这些制冷设备的启动和停止以确保系统的可靠性。DDC还会收集像冷冻水供应和返回时的温度及质量流率这样的运行数据,以计算实际冷负载,优化制冷设备的性能。
      
      (备注:质量流率指单位时间内流过管道某一截面的物质的质量。单位是kg/s千克/秒或kg/h千克/小时)
      
      系统级控制可以协调数据中心内不同的制冷子系统的运行(即水泵和CRAH)。这与协调具有相同类型及供应商设备的组级控制是不同的。例如,系统级控制可以协调室外柜机和室内空气处理机组之间的操作,来尽量降低能耗。而组级控制仅控制多个冷水机组或多个空气处理机组,但是这两个子系统之间却是没有通信。注意,系统级控制通常在来自同一供应商的子系统之间进行配置。可以自定义系统级控制,以支持来自不同供应商的设备,但在非标准配置中可能会遇到问题。
      
      系统级控制的优势
      
      与设备级和组级控制相比,系统级控制具有以下优势:
      
      •对于冷冻水系统来说,系统级控制全面地考虑冷却系统并了解其动态,以最大限度地降低总的制冷能耗。
      
      •无需人为干预的运行模式之间转换。例如,根据室外温度及数据中心IT负载的情况,在机械制冷、部分节能模式制冷及全部节能模式制冷这几种模式之间进行转换,来实现节能的目标。这样就不会有诸如IT送风温度的变化、组件应力及模式间转换造成的停机时间的变化。
      
      •预制的系统级控制旨在处理各种不同运行条件及在现场调试或验证过程出现的无法测试的故障。确保控制系统的有效性和可靠性。
      
      系统级控制的局限性
      
      建议将系统级控制用于具有冷却系统的数据中心,冷却系统包括冷冻水、直接换热、间接换热装置、乙二醇DX系统。这四种冷却方式通常由不同的子系统(即设备类型)组成。当冷却系统使用来自多个供应商的设备时,总系统级需定制,并能够根据季节切换冷却模式。因此,使用系统级控制的主要原因在于避免不是设备不是来自同一供应商,而出现的的兼容性与稳定性方面的问题。
      
      采用系统级控制的实例
      
      图4展示的是一个数据中心的系统级控制的配置,该数据中心具有冷水机组、行间水冷分配单元,其中,水冷分配单元用于不同的数据中心内。该控制系统通过协调整个数据中心内的所有冷却设备,最大限度的提高效率。
      

      图4
      
      图5显示了由于图4中讨论的系统级别控制而导致的冷却器效率提高。通过在负载低的条件下主动重置冷冻水温度,从而实现节能。请注意,在任何紧急情况下,这种优化将切换到定期控制,以确保节能的冷却可靠性。
      
      图5
      
      还有另一个系统级别控制的例子,其中所有的冷却组件,如压缩机,风扇,泵和热交换器被设计和制造为单一的封装系统,并在工厂中预制和验证。
      
      图6显示了间接空气节能系统的系统级控制示例。该控制系统也可以视为设备级控制。
      
      包括预制系统级控制及子系统的解决方案,可以节省大量时间(编程和测试)并提供比定制的解决方案更可预测的操作。在紧急情况下,系统级控制系统还可以防止空气换热器内部空气冷凝,最大限度增加节能模式运行时间,降低运营成本以及确保制冷的有效性。
      
      图6
      
      控制级是将数据中心全部功能整合到一个公共网络中,它可以控制数据中心内的一切,从HVAC(加热,通风与空气调节)、电梯及照明系统到安全、应急电源及防火系统。注意,在控制级控制中,数据中心的制冷设备是由组级或系统级控制进行控制的。因此,从冷却系统的角度来看,不能说控制级是比系统级控制或组级控制更先进的。
      
      在本文中BMS是用来描述控制级控制的。BMS可以控制建筑机械的基础设施(如果系统控制没有到位),提供对设备的实时监控,并积极管理冷却性能。通过打开附加设备,打开阀门或增加气流以保持冷却能够对设备的冷却负载或设备故障的变化做出反应。
      
      控制级控制的优势
      
      与设备级、组级及系统级控制相比,控制级控制具有以下优势:
      
      •监测电力和冷却系统的状态和性能:BMS能够监测整个配电系统、冷却系统中所有系统、设备,一直到IT服务器,都可以进行监测。•分析基础架构组件的依赖性和相互关联的性质:在异常情况下,BMS可帮助运营商快速评估事件发生的主要原因是什么,并采取行动保持电力和冷却系统的正常运行。
      
      与数据中心运营商进行有效的沟通:BMS可以在正确的时间向正确的人员提供正确的上下文和可操作的信息,以确保通过事件记录,通知和报警发生基础设施状态更改或事件时,对事件有全面的了解。
      
      •与其他基础设施管理系统共享信息:BMS可以与其他基础设施管理系统(如电力监控系统(EPMS)和数据中心基础架构管理系统(DCIM))共享和接收状态和报警信息,并且还可以通过应用程序编程接口(API)将信息作为数据库,Web服务和报告进行托管,可帮助IT经理了解电气和机械设备的运行情况。
      
      采用控制级控制的局限性
      
      当考虑采用控制级控制或BMS控制时,数据中心需要考虑到设备、监控及控制组件等许多方面的问题。
      
      •若数据中心冷却系统全部采用BMS管理、控制,可能会非常困难,并且费用也会很高。通常将设备级、组级即系统级控制结合起来管理整个数据中心的BMS或采用控制级控制。
      
      •可以根据具体设施进行专门的控制和设置,需要大量时间投入各个设备之间的编程和通信。
      
      •整体设施的网络攻击可能会使数据中心面临风险。为了尽量减少这种风险,数据中心通常与设施的其余部分断开连接。
      
      采用控制级控制的实例
      
      图7展示的是采用BMS的实例。


      
      为了对数据中心设计的设备,组,系统和设备级别控制之间的选择做出有效的决策,本节将比较四个级别与数据中心设计人员和操作员通常识别的各种标准。请注意,如果数据中心具有系统级别控制,它将具有组级别和设备级别控制,因为它们是系统级别控制的基础。
     

     
      结论
      
      有效的制冷控制能够最大限度地提高制冷量、简化制冷管理、消除热点、确保能够满足温度的SLAs要求、降低运营成本及提高数据中心的可用性。

    编辑:Andly

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